CN104894550B - 一种由生物肌醇制成的无磷、无氟、无重金属的环保皮膜剂、其制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种由生物肌醇制成的无磷、无氟、无重金属的环保皮膜剂、其制备方法及其应用，由生物肌醇制成的无磷、无氟、无重金属的环保皮膜剂由摩尔比为(1:1)‑(1:10)的生物肌醇和多元有机酸制备而成。本发明的优点是：所得皮膜剂完全不含磷、氟和重金属，真正绿色环保；防锈性能佳；与塑粉、油漆的接合力、附着力均达到优良，符合ROHS标准；投资小、适于各种不同的金属、附着力强、使用要求低，从根本上解决了现有无磷皮膜剂氟含量高，使用过程中稳定性差，操作控制复杂等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种由生物肌醇制成的无磷、无氟、无重金属的环保皮膜剂、其制备方法及其应用，属于金属表面处理领域。
背景技术
皮膜剂作为一种金属表面处理剂，可防止金属表面氧化，也可增强后续漆膜喷涂时漆膜的附着力，广泛应用于金属制品领域。
现有的皮膜剂包括含磷皮膜剂和无磷皮膜剂。含磷皮膜剂环境污染大，随着环境保护工作的日益加强，磷元素的污染问题已受到国内外有关部门和企业的高度重视，中国已有不少地区和城市，严禁使用含磷洗衣粉和含磷清洗剂，环保部门对涂装前处理后的废水中的含磷治理要求，也越来越严格，导致涂装前处理的综合成本大大增加。国家规定，皮膜剂中磷含量低于15％即被视为无磷皮膜剂，因此现有技术中的无磷皮膜剂大多含有一定量的磷。且现有技术中的无磷皮膜剂与金属表面附着力差，容易脱落，且使用时必须使用去离子水，一旦有离子进入，就会报废。
且现有技术中的皮膜剂针对性过强，不同的金属需要使用不同的皮膜剂，因此不同的金属不能在同一槽液中上膜。
发明内容
为了解决现有技术中皮膜剂含有磷、含有大量氟锆酸、重金属，污染大、投资高、不同的金属需要不同的皮膜剂、附着力差、使用要求高等缺陷，本发明提供一种以由生物肌醇制成的无磷、无氟、无重金属的环保皮膜剂、其制备方法及其应用。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种由生物肌醇制成的无磷、无氟、无重金属的环保皮膜剂，由摩尔比为(1:1)-(1:10)的生物肌醇和多元有机酸制备而成。
申请人经研究发现，肌醇与有机多元酸进行酯化反应合成了螯合能力强的多羧基化合物，当与金属络合时，易形成多个螯合环，络合物稳定性高，即使在强酸性环境中，也能与金属离子形成稳定的络合物。
本申请皮膜剂零污染、投资小、适于各种不同的金属、附着力强、使用要求低，从根本上解决了现有无磷皮膜剂氟含量高，含重金属，使用过程中稳定性差，操作控制复杂等问题。
作为本申请的一种改进，上述的由生物肌醇制成的无磷、无氟、无重金属的环保皮膜剂，其原料组分为：生物肌醇1.0-20％，多元有机酸1-80％，十二烷基磺酸钠0-10.0％，乳化剂0.1-5％，余量为水，所述百分比为质量百分比。这样进一步提高了所得皮膜剂的分散性。
上述利用生物肌醇分子与有机多元酸进行酯化反应合成皮膜剂的前体物质，进而采用生物表面活性剂试剂制备成完全无磷皮膜剂，其润湿、渗透效果好，泡沫低，防锈性能佳、适应面广，与塑粉、油漆的接合力、附着力均达到优良，且符合绿色环保要求；所得产品质量符合《欧盟电气和电子有害物质指令》，即ROHS标准。
上述多元有机酸为二元以上的多元酸，也可以为酸酐，为能和生物肌醇形成单酯化合物的有机酸。
为了进一步促进各组分之间的协同效应，提高皮膜剂的附着力，同时保证所得膜的厚度可调性，优选，多元有机酸包括草酸0-80％、丁二酸0-80％和柠檬酸0-30％，所述百分比为质量百分比；进一步优选，多元有机酸包括草酸0.1-20％、丁二酸1.0-20％和柠檬酸0-5.0％，所述百分比为质量百分比。
为了提高上述皮膜剂的润湿、渗透、分散性、稳定性，并且能够使所得的膜更加牢固、均匀，优选，乳化剂为TX-10、OP-10或脂肪醇类表面活性剂中一种或两种以上任意配比的混合物。
为了能使各组分之间的协同效应发挥到最佳，同时降低成本，优选，生物肌醇的质量含量为1-5％；多元有机酸的质量含量为15-25％，十二烷基磺酸钠的质量含量为1-3％，所述百分比为质量百分比。
为了提高上述皮膜剂的润湿、渗透、分散性、稳定性，并且能够使所得的膜更加牢固、均匀，乳化剂进一步优选为TX-10或脂肪醇类表面活性剂或两者任意配比的混合物；所述乳化剂的质量含量优选为0.1-5％，所述百分比为质量百分比。
上述皮膜剂的制备可采用现有技术中的皮膜的制备方法制备，为了节约成本，只要将上述各组分混匀，在10-90℃条件下完成酯化反应后即可使用，可将各组分一起倒入水中混匀，也可使一种原料在水中溶完后，再溶下一种，各种组分的添加顺序不限；但为了进一步提高皮膜剂的附着力，优选，上述由生物肌醇制成的无磷、无氟、无重金属的环保皮膜剂的制备方法，先将乳化剂溶于水后，再与其余各组分混匀，然后在10-90℃条件下反应1-6h，即得。
为了进一步提高所得皮膜剂的分散性和稳定性，优选，先将乳化剂和十二烷基磺酸钠溶于水后，再与其余各组分混匀，然后在10-90℃条件下反应1-6h，即得。反应温度优选为60-90℃。
当温度在30～45℃时，上膜速度为1-5分钟。温度高，上膜速度快，反之，上膜速度慢。优选，当温度不大于30℃时，上膜速度为3-5分钟；当温度30-40℃时，上膜速度为1.5-2.5分钟；当温度为40-45℃时，上膜速度为1-1.5分钟。
上述无磷皮膜剂完全不含磷、氟，铬、镍、锰等重金属，从根本上解决了现有无磷皮膜剂氟含量高，使用过程中稳定性差，操作控制复杂的问题。
本申请各组分按照上述比例复配使用，产生了预料不到的协同效应，所得的皮膜剂适应性强，适用于各种金属材质，因此，不同的金属可在同一槽液中上膜，省工、省料；使用上述皮膜剂生成一种不溶于水的化学惰性膜，牢固地附着在金属表面；上述无磷皮膜剂适合各种水质，包括各个地方的自来水等；上述柠檬酸通过与其他组分的复配，可更加有效地调节膜厚薄。
本发明未提及的技术均参照现有技术。
本发明由生物肌醇制成的无磷、无氟、无重金属的环保皮膜剂的优点是：
1)肌醇与有机多元酸进行酯化反应以合成螯合能力强的多羧基化合物，当与金属络合时,易形成多个螯合环,络合物稳定性高，即使在强酸性环境中，也能与金属离子形成稳定的络合物。此外，本发明皮膜剂有优异的润湿效果，能在金属表面形成致密均匀的膜层；所生产的膜层厚度为0.05-0.5um，仅相当于磷化过程所生产膜层厚度的1/100，其杂化反应所产生的分子键结构，使膜层的附着力比磷化膜更牢固，使用周期远远大于含磷铁系磷化液；
2)所述无磷皮膜剂完全不含磷、氟、不含有铬、镍、锰等有毒重金属、无亚硝酸盐、磷酸盐和挥发性有机成份，解决了现有无磷皮膜剂氟含量高的问题，真正环保；与塑粉、油漆的接合力、附着力均达到优良；无有害物质污染，符合ROHS标准，ROHS标准指《欧盟电气和电子有害物质指令》。
3)适用于铝合金、镀锌件、钢铁等不同的金属材料，使用时可将铝合金工件、镀锌工件、钢铁工件等不同的金属工件放在同一槽液中上膜，产品使用过程中几乎无渣，连续使用三个月所产生的悬浮物仅为10-20公斤，解决了传统磷化生产过程中每周停产清渣、清理管道、清理喷嘴的难题，大大提高了生产效率，延长设备的使用寿命。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
由生物肌醇制成的无磷、无氟、无重金属的环保皮膜剂原料组份为：生物肌醇3％，草酸20％，柠檬酸5.0％，十二烷基磺酸钠2.0％，TX-10 3％，余量为水，所述百分比为质量百分比；具体制备为：先将TX-10和十二烷基磺酸钠溶于水后，再与其余各组分混匀，然后在85℃条件下反应3h，即得皮膜剂。
实施例2
由生物肌醇制成的无磷、无氟、无重金属的环保皮膜剂原料组份为：生物肌醇2％，丁二酸16％，十二烷基磺酸钠2.0％，OP-10 1.5％，余量为水，所述百分比为质量百分比；具体制备为：先将OP-10和十二烷基磺酸钠溶于水后，再与其余各组分混匀，然后在70℃条件下反应5h，即得皮膜剂。
实施例3
无磷、无氟、无重金属的皮膜剂的原料组份为：生物肌醇4％，草酸10％，丁二酸5％，柠檬酸2％，十二烷基磺酸钠1％，OP-10 1.5％，余量为水，所述百分比为质量百分比；具体制备为：先将OP-10和十二烷基磺酸钠溶于水后，再与其余各组分混匀，然后在75℃条件下反应4h，即得皮膜剂。
实施例4
无磷、无氟、无重金属的皮膜剂的原料组份为：生物肌醇18％，草酸6％，丁二酸50％，柠檬酸3％，OP-10 3％，余量为水，所述百分比为质量百分比；具体制备为：先将OP-10溶于水后，再与其余各组分混匀，然后在60℃条件下反应5h，即得皮膜剂。
实施例1-4所得的皮膜剂，可将铝合金工件、镀锌工件、钢铁工件等不同的金属工件放在同一槽液中上膜。
采用实施例1-4所得的的皮膜剂在钢板上上膜，在温度35℃时，上膜时间为1.5-2.5分，膜厚为0.2um。将上膜后的钢板水洗、烘干后，在3％的NaCl溶液中浸泡1小时以上再水洗，无任何锈斑。所用钢板为上海宝钢的钢板，规格为厚为1mm，宽为70cm，长为100cm。采用美国BBC的老虎粉(亚光粉)，将上述上膜后的钢板上喷粉，喷粉厚为60-80u m，喷粉后在180-190℃，固化15分钟。
将上述固化后的产品做如下测试：
1、温度35℃，在盐雾机中用浓度为3％的NaCl喷雾，保持回流液为20ml/24小时，连续喷雾1000小时以上，无任何起泡现象，远高于国内标准；
2、符合GB/T17748-2008标准，耐50kg的冲击测试；
3、2mm划格测试(参照GB/T9286-88)，属于1级，切***叉处涂层由少许薄皮分离，但受影响区明显小于3％；
4、无有害物质污染，符合ROHS标准。
实施例1-4所得由生物肌醇制成的无磷、无氟、无重金属的环保皮膜剂完全不含磷、氟和重金属，真正绿色环保；防锈性能佳；与塑粉、油漆的接合力、附着力均达到优良，符合ROHS标准；投资小、适于各种不同的金属、附着力强、使用要求低，从根本上解决了现有无磷皮膜剂氟含量高，使用过程中稳定性差，操作控制复杂等问题。
Claims (8)
1.一种由肌醇制成的无磷、无氟、无重金属的环保皮膜剂，其特征在于：由摩尔比为(1:1)-(1:10)的肌醇和多元有机酸酯化反应而成；
由肌醇制成的无磷、无氟、无重金属的环保皮膜剂的原料组分为：肌醇1.0-20％，多元有机酸1-80％，十二烷基磺酸钠0-10.0％，乳化剂0.1-5％，余量为水，所述百分比为质量百分比；
乳化剂为TX-10、OP-10或脂肪醇类表面活性剂中一种或两种以上任意配比的混合物。
2.如权利要求1所述的由肌醇制成的无磷、无氟、无重金属的环保皮膜剂，其特征在于：多元有机酸包括草酸0-80％、丁二酸0-80％和柠檬酸0-30％，所述百分比为质量百分比。
3.如权利要求1或2所述的由肌醇制成的无磷、无氟、无重金属的环保皮膜剂，其特征在于：肌醇的质量含量为1-5％，所述百分比为质量百分比。
4.如权利要求1或2所述的由肌醇制成的无磷、无氟、无重金属的环保皮膜剂，其特征在于：多元有机酸的质量含量为15-25％，所述百分比为质量百分比。
5.如权利要求1或2所述的由肌醇制成的无磷、无氟、无重金属的环保皮膜剂，其特征在于：乳化剂的质量含量为1.5-3％，所述百分比为质量百分比。
6.权利要求1-5任意一项所述的由肌醇制成的无磷、无氟、无重金属的环保皮膜剂的制备方法，其特征在于：先将乳化剂溶于水后，再与其余各组分混匀，然后在10-90℃条件下反应1-6h，即得。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：先将乳化剂和十二烷基磺酸钠溶于水后，再与其余各组分混匀，然后在10-90℃条件下反应1-6h，即得。
8.权利要求1-5任意一项所述的由肌醇制成的无磷、无氟、无重金属的环保皮膜剂的应用，其特征在于：当温度不大于30℃时，上膜速度为3-5分钟；当温度30-40℃时，上膜速度为1.5-2.5分钟；当温度为40-45℃时，上膜速度为1-1.5分钟。
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